这些技术将揭开数据存储的秘密

硬盘驱动器和SSD厂商即将哇存储市场再次

英特尔

硬盘驱动器(HDD)和固态硬盘(SSD)制造商将再次震撼存储市场。

今年,英特尔和美光将推出3 d XPoint记忆,也被称为Optane,这将提高性能和耐久性1000倍了今天的NAND闪存。

3d xpoint模具1000 英特尔

3D XPOINT技术,也被称为Optane,高达1000倍比NAND快;一个单独的管芯可以存储数据的128Gbits。

不要指望NAND闪出来。虽然Optane芯片和其它电阻式存储器技术灌进了梭子鱼可能会导致存储级内存,可以取代昂贵的DRAM对于许多应用,这将不会是很长一段时间便宜。这使得该门打开持续NAND闪存的进步。

三星(Samsung)、英特尔(Intel) /美光(Micron)、东芝(Toshiba)等公司认为,3D NAND闪存将继续扩大产能,压低价格。最终,3D NAND甚至会让消费者相信ssd可以像hdd一样便宜。

SanDisk负责记忆体的执行副总裁Siva Sivaram表示,"很快flash就会比旋转媒体便宜。"

与此同时,希捷已经证明它的hdd热辅助磁记录(HAMR)将使每平方英寸的数据密度超过10万亿(10Tbits)。这是今天密度最高的高密度高密度硬盘的10倍。希捷预计将在2017年与设备制造商合作,展示用于数据中心应用的HAMR产品,并在2018年开始将HAMR驱动器推向更广阔的市场。2020欧洲杯预赛

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这些最近的技术进步只是不断增长的存储需求迫使创新来满足新需求的漫长故事中的最新章节。

仓库总是靠墙

本世纪初,当硬盘驱动器公司面临容量限制时,东芝(Toshiba)和希捷(Seagate)将数据位从平放到并排放置。从纵向到垂直的磁记录的变化增加了10倍的硬盘驱动器容量。

当HDD行业在2013年再次面临容量限制时,希捷重叠了屋顶瓦等数据轨道,增加了25%的容量;然后在2014年,HGST引进了氦气驱动,产能提升50%。

在非易失性存储器行业,同一种进步的发生吹过去的容量限制。单级单元(SLC)NAND闪存成为多重峰级(MLC)NAND,其中每晶体管而不是一个比特,二,三比特储存。当MLC NAND面临其与子10纳米(nm)的光刻工艺的限制,三星推出3D NAND闪存,此举紧接着英特尔/ Micron和东芝,其中堆叠的NAND单元多达48层的高。Flash大厂相信有在现场,他们有多高,爬上没有限制。

NAND闪存摩天大楼增长超过100个故事

从第一次迭代开始,3D NAND闪存技术提供了2到10倍的可靠性和2倍于planar NAND的写入性能。

然而,最重要的是,3D NAND消除了制造商在将晶体管缩小到15纳米以下时所面临的光刻障碍平面(单级NAND闪存)。更小的光刻过程导致数据错误,因为位(电子)在薄壁细胞之间泄漏。

“重要的是,你不可能一次只建造一层这种(3D NAND)摩天大楼。我们知道如何从24层到36层,从48层到64层等等,”Sivaram说。“这没有物理上的限制。我们现在拥有的3D NAND技术,可以预见将会扩展到三代或四代人,这是我们以前从未有过的。”

目前,三星,SanDisk及其合作伙伴东芝英特尔及其合作伙伴美光科技已经能够创建48层的3D NAND,它可以在一个芯片中存储256Gbits (32GB)。而三星是唯一的一家公司大规模生产的48层的芯片在美国,其他所有公司都在计划很快推出新产品。

sandisk 3d nand幻灯片 SanDisk

即使由于平版印刷尺寸和错误率的原因,2D NAND接近缩放限制,但通过叠加层来产生3D NAND可以避免这些问题。上图展示了一种实现3D NAND的方法。围绕中央存储孔水平堆积的字线提供了堆积的NAND位。这种结构放宽了对光刻的要求。圆孔最小化了相邻的比特干扰,总体密度显著增加。

Sivaram说,SanDisk已经在计划生产超过100层的3D NAND芯片。

“我们没有看到一个自然的限制,我们有多高可以走了。如果我便四处询问高怎能去,[NAND制造商]不会告诉我,我们可以把它96或126层,并有一个物理极限在那里,” Sivaram说。“这一直是我们长久以来的梦想。”

虽然工厂建立三维NAND是远远大于植物产生平面NAND或硬盘更昂贵的 - 一个工厂可以花费$ 10十亿 - Sivaram认为,随着时间的推移由于采用斜升,他们会在成本缩减。

价格是关键

虽然企业和消费者都喜欢容量——越多越好——但价格往往决定采用的程度。

英特尔及其开发合作伙伴美光正在研究什么可能是在非易失性闪存行业游戏规则的改变:Optane芯片——在英特尔内部被称为3D XPoint。

尽管英特尔已经发布了关于Optane将是什么样的信息很少,大多数业内专家认为这是电阻式RAM的一种形式。

交叉点图像的照片胶囊 英特尔、微米

英特尔和Micron的3D XPOINT的两层描绘(也称为Optane)芯片电阻式RAM的体系结构。它删除比特存储晶体管的需要,而是使用使用电阻来表示一个1或0线的格子。

电阻式随机存储器(ReRAM)能够执行读写操作,其功耗是NOR闪存的50 - 100倍,因此非常适合移动设备,甚至可穿戴设备。

的ReRAM是基于“存储电阻器”的概念,也被称为忆阻器。术语忆阻器是由美国加州大学伯克利分校的科学家莱昂蔡大学在70年代初提出的。

在记忆电阻器出现之前,研究人员只知道三种基本的电路元件——电阻器、电容器和电感器。第四名是记忆电阻器,它消耗的能量要少得多,性能也比以前的技术好得多。

目前,唯一一家提供ReRAM产品的公司是Adesto Technologies。它最近推出了新的导电桥接RAM(CBRAM)存储器芯片中的东西(IOT)市场因特网中使用电池操作或能量收获电子。

横杆简单cmos集成电阻存储器 横梁

电阻式RAM电路,其中微小的导电性细丝交错和连接硅层的显微镜照片侧视图来表示数据位。

相比之下,英特尔计划今年向电脑爱好者推出Optane驱动。与美光联合开发的新型Optane驱动器的密度预计将是DRAM的10倍,在纸面上比基于NAND闪存的固态硬盘快1000倍,更耐用。

与NAND的一千倍耐力,Optane驱动将提供一百万个擦写周期,这意味着新的内存将会持续很长时间。

“这不是一样快,DRAM,所以它不会取代它在最延迟值的应用程序,但它的更高的密度和更低的延迟比NAND,”拉斯·迈尔,流程整合的美光科技公司主管,在早先的采访中说:同《计算机世界》迈耶说:“如果你比较ssd与硬盘的速度有多快,3D XPoint与传统NAND的速度有多快,你会发现两者的进步程度是差不多的。”

英特尔已经演示了Optane驱动,其运行速度大约是当前ssd的7倍。

今年,英特尔还计划推出基于其新Skylake处理器的Optane驱动服务器。

与Optane ssd一起,ReRAM技术预计将作为插入内存插槽的调光器出现。

TrendForce旗下DRAMeXchange的高级研究经理Alan Chen表示,即使英特尔的Xpoint ReRAM技术今年进入消费者个人电脑市场,由于成本问题,也只能用于高端产品。

“Optane对SSD市场的影响将取决于它的定价。目前,Optane产品仍然比主流的NAND闪存产品贵。因此,它们最初只会影响高端固态硬盘市场。”

去年,惠普(Hewlett-Packard)和晟碟(SanDisk)还宣布了一项联合开发“存储类存储器”(Storage Class Memory, SCM) ReRAM的协议,该协议可能取代DRAM,速度将是NAND闪存的1000倍。

基于墨西哥新Knowm是一家新成立的公司这也正致力于生产技术的忆阻器。

Knowm忆阻器芯片 Knowm

总部位于墨西哥新启动Knowm的忆阻器芯片可以通过模仿人类大脑突触效应初探导致智能计算机。

Knowm的记忆电阻器被设计成模拟人类大脑,其中一个突触连接两个神经元。这些神经元之间传递的信号越频繁,它们就会变得越强。同样,对已知记忆电阻电路信息的学习和记忆是由数据流特性和电流决定的。

陈透露,三星还在研发一款类似于英特尔Optane的产品,它将集成DRAM和NAND闪存。不过,三星拒绝置评。

到2020年30TB的硬盘?

随着SSD价格继续下降通过密集的闪存技术,如3D NAND以下,硬盘制造商正在规划自己的技术升级。案例分析:HAMR,其采用的硬盘驱动器上的激光读/写磁头在地方上的驱动器的旋转盘片更安全地设置小位。

西部数据公司希捷正在研发HAMR HDDs。

Hamr记录硬盘 希捷

HAMR(热辅助磁记录),使用激光对硬盘读/写头更牢固地就位在驱动器的纺丝盘片相对于传统的垂直磁记录设置较小的比特。

希捷首席技术官马克•雷表示:“HAMR是我们的下一项技术,它将使我们沿着面积密度曲线继续前进。”“我们似乎每隔10年左右就会经历这些转变。”

随着磁盘驱动器密度的增加,数据错误的可能性也会增加,这是由于一种称为超顺磁性的影响。在这种情况下,盘片表面紧密相连的比特之间的磁力可以随意翻转,导致它们的值从1变为0,反之亦然。随机位翻转会导致数据错误。

HAMR在硬盘的读/写头上使用了一种叫做近场传感器的特殊光圈,它将大量的光子集中到旋转的磁盘上,使其尽可能小。

HAMR技术,希捷创建,磁头在记录期间使用激光简要热量的硬盘驱动器的磁盘表面等。热收缩的盘片的数据位和拉紧同心圆,被称为轨道,以增加密度。HAMR还采用了基于纳米管的润滑,使磁盘的读/写磁头,以更接近表面,以便能够更好地读取和写入数据。

HAMR技术最终将使希捷达到每平方英寸约10万亿(10tbit)的线性位密度——比今天最好的硬盘表面密度(每平方英寸约1Tbit)高出10倍。

希捷已经演示了每平方英寸1.4兆位的HAMR HDDs——仍然比当今最好的HDDs高出40%。

“我们没有看到其他人在那里等着我们。我们有一个相当长的历史与HAMR。我们一直在努力了10年左右,”重说。“我们在的时候,我们将出货更积极一点。”

希捷计划开始出货HAMR硬盘明年。

使用HAMR,硬盘驱动器的理论密度飙升,产生3.5英寸。服务器或桌面驱动器,存储容量高达60TB,单片2.5英寸。容量高达20TB的笔记本电脑驱动器。

希捷使用的营销活动是“到2020年30TB”,但希捷首席技术官Mark Re告诉记者《计算机世界》那只是个目标。

甚至在HAMR之外,HDD行业也有提高驱动器密度的计划。位的媒体(BPM)记录将使用纳米光刻技术将硬盘上预先定义好的数据位记录下来,而不是像当前的硬盘技术那样将每个数据位存储在20到30个磁粒中。

BPM可以将硬盘密度增加到每平方英寸200位。

“考虑到最新的4TB外置硬盘盘片5,这是相当疯狂,”希捷公司企业传播经理内森帕帕多普洛斯说。

“显然还有很长的路要走,”Re补充道。“我们将在下一个十年的中期研究这项技术。”

这个故事,“这些技术将吹盖子打开数据存储”最初发表《计算机世界》

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